3.2. Принцип действия пьезоэлектрического акселерометра.

Активные элементы акселерометра, изготовленные из пьезоэлектрического материала, выполняют роль пружин, обеспечивающих механическую связь между соединенной с основанием стойкой треугольного сечения и тремя сейсмическими массами.

Воздействующие на основание акселерометра механические колебания приводят к тому, что на каждый пьезоэлемент действует динамическая сила, равная произведению ускорения сейсмической массы на соответствующую массу. Отдельные пьезоэлементы генерируют электрический заряд, пропорциональный действующей на них динамической силе. Отдаваемый акселерометром общий электрический заряд пропорционален ускорению его основания и, следовательно, ускорению механических колебаний поверхности объекта, на котором акселерометр закреплен.

3.4. Пьезоэлектрические материалы.

Пьезоэлектрическим называется материал, механическая деформация которого сопровождается образованием электрического заряда. К пьезоэлектрическим материалам относятся пьезоэлектрические монокристаллы и искусственно поляризованные ферроэлектрические керамики, являющиеся относительно сложными смесями титановокислого бария, цирконокислого свинца и метаниобиевокислого свинца.

Процесс поляризации пьезокерамики аналогичен процессу намагничивания железа в магнитном поле. Приложение кратковременного импульса высокого напряжения сопровождается ориентацией доменов молекулярной структуры материала в одном направлении. Внешняя сила, действующая на претерпевший такую обработку пьезоэлектрический материал, обусловливает деформацию упомянутых доменов и образование электрического заряда на противоположных друг другу концах материала.

Электрический заряд, образуемый в результате деформации при сжатии, снимается в направлении поляризации пьезоэлектрического материала. Главная невыгода соответствующей конструкции заключается в том, что образуемый в результате воздействий окружающей среды паразитный электрический заряд совпадает с зарядом, возникающим в связи с воспринимаемыми акселерометром механическими колебаниями. Следовательно, отдаваемый таким акселерометром электрический сигнал не отображает лишь воздействующие на его основание механические колебания, а в некоторой степени также условия окружающей среды. Противоположное справедливо в случае пьезоэлементов, генерирующих электрический заряд при деформации под срезывающим усилием. Этот заряд снимается в направлении, перпендикулярном к направлению поляризации пьезоэлектрического материала. Следовательно, образуемый в результате воздействий окружающей среды паразитный электрический заряд вообще не сказывается на отдаваемом соответствующим акселерометром электрическом сигнале.

Ферроэлектрические керамики поддаются механической обработке и их химический состав можно изменять так, чтобы обеспечить нужную эксплуатационную характеристику и соответствующие различным областям применения акселерометров специальные параметры. Более сложные проблемы связаны с пьезоэлектрическими монокристаллами, химический состав которых нельзя изменять и форма вырезов которых сильно зависит от формы исходного монокристалла. Следовательно, чувствительность и собственная емкость акселерометров с изготовленными из монокристаллического материала пьезоэлементами в большинстве случаев меньше чувствительности и емкости акселерометров с пьезоэлементами из ферроэлектрической керамики.